振動(dòng)試驗(yàn)基礎(chǔ)：振動(dòng)試驗(yàn)機(jī)的選擇及試驗(yàn)可否判斷要素

本文來(lái)源于振動(dòng)試驗(yàn)學(xué)習(xí)筆記

通過(guò)前文介紹，相信初入者對(duì)振動(dòng)試驗(yàn)系統(tǒng)應(yīng)該有一定了解。特別是電動(dòng)式振動(dòng)臺(tái)加振力（推力）有1～60tonf，針對(duì)試驗(yàn)條件和試驗(yàn)體，如何選擇合適且經(jīng)濟(jì)的振動(dòng)臺(tái)進(jìn)行試驗(yàn)？下面進(jìn)行闡述。

試驗(yàn)前，必須明確試驗(yàn)條件和要求。需要考慮的要素如下：

※有沒(méi)有試驗(yàn)規(guī)格？

※振動(dòng)臺(tái)式樣規(guī)格。

※試驗(yàn)種類：正弦試驗(yàn)、隨機(jī)試驗(yàn)、沖擊試驗(yàn)、etc.。

※頻率范圍。

※加速度、速度大小。

※振幅（位移）大小。

※試驗(yàn)體的尺寸、質(zhì)量、形狀等。

※夾具的尺寸、質(zhì)量、形狀、共振點(diǎn)等。

※振動(dòng)方向（垂直、水平、二軸同時(shí)振動(dòng)、三軸同時(shí)振動(dòng)）

※是否和溫度、濕度、高度（氣壓）、光照等條件復(fù)合試驗(yàn)？

※試驗(yàn)的控制點(diǎn)、檢測(cè)點(diǎn)、控制誤差范圍等。

※其他特殊要求等

試驗(yàn)規(guī)格介紹

1.ISO（International Organization for Standard，國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化機(jī)構(gòu)）

2.CCC（China Compulsory Certificate System），GJB（國(guó)軍標(biāo)），GB（國(guó)標(biāo)）

3.MIL（Military Specifications and Standard,美軍標(biāo)）

4.IEC（International Electro-technical Commission,國(guó)際電氣標(biāo)準(zhǔn)會(huì)議）

5.EN（European Norm）

6.JIS（Japanese Industrial Standard,日本工業(yè)規(guī)格）

7.各個(gè)公司內(nèi)部規(guī)格BMW，TOYOTA, HONDA, SONY, SHARP, Panasonic。

要讀懂試驗(yàn)規(guī)格是一件很困難的事情，只能在試驗(yàn)中慢慢去理解，多請(qǐng)教，多學(xué)習(xí)。

振動(dòng)試驗(yàn)機(jī)的式樣規(guī)格

各個(gè)廠家的設(shè)備目錄中記載有很多參數(shù)和規(guī)格，一般標(biāo)準(zhǔn)振動(dòng)臺(tái)以下幾個(gè)參數(shù)比較重要，

最大正弦加振力：10kN、20kN、30kN、、、、、600kN

最大正弦加速度：1000m/s²

最大正弦速度：2m/s、2.5m/s

最大位移：51mm、76mm、100mm

使用頻率范圍：5Hz～3000Hz

動(dòng)圈質(zhì)量：加振力不同，質(zhì)量不同。

這些規(guī)格參數(shù)代入前面的A、V、D、f四者之間的計(jì)算公式，即

通過(guò)上面的計(jì)算公式，可以得到設(shè)備的交越頻率和最大正弦能力特性曲線圖（無(wú)負(fù)載）。再結(jié)合牛頓第二定律計(jì)算出各種負(fù)載下的最大加速度，繼續(xù)使用上面的式子，可得到各種負(fù)載下的交越頻率和能力特性曲線圖。

最大正弦能力特性曲線圖（無(wú)負(fù)載情況）

圖中可以看出，電動(dòng)振動(dòng)臺(tái)有三個(gè)工作區(qū)域，低頻段對(duì)應(yīng)位移區(qū)域，低中頻段對(duì)應(yīng)速度區(qū)域，中高頻段對(duì)應(yīng)加速度區(qū)域。或者說(shuō)低頻段受最大位移限制，低中頻段受最大速度限制，中高頻段受最大加速度限制。每個(gè)物理量對(duì)應(yīng)頻率變換點(diǎn)就是交越頻率。因此，如果說(shuō)5Hz的時(shí)候需要滿足加速度500m/s²，或者1000Hz的時(shí)候滿足位移50mm_p-p，那就是外行話了。

圖中可以看出，25kg負(fù)載情況下，藍(lán)線以下（含藍(lán)線）的試驗(yàn)條件該設(shè)備都可以對(duì)應(yīng)。超出藍(lán)線對(duì)應(yīng)的話，導(dǎo)致設(shè)備故障損壞。個(gè)人經(jīng)驗(yàn)，振動(dòng)臺(tái)的損壞，一半以上都是過(guò)負(fù)載原因造成的，切記！

例題：某電動(dòng)振動(dòng)臺(tái)使用頻率范圍5～2000Hz，最大位移51mm_p-p，最大速度2m/s，最大加速度1000m/s²，請(qǐng)計(jì)算位移到速度，速度到加速度的兩個(gè)交越頻率，并試著畫出該設(shè)備無(wú)負(fù)載最大能力特性曲線圖。

試驗(yàn)條件的確認(rèn)

試驗(yàn)的種類：正弦試驗(yàn)、隨機(jī)試驗(yàn)、沖擊試驗(yàn)、etc。

試驗(yàn)頻率范圍f

加速度大小A、

加振力F=∑mA≦最大正弦加振力（下節(jié)重點(diǎn)敘述）

振幅（位移大?。〥

速度大小V

1．正弦定頻試驗(yàn)的場(chǎng)合

試驗(yàn)條件：頻率10Hz 加速度10G

半位移峰值D_0-p = A_0-p/（2πf）² = 10×9.8/62.8²= 24.85mm

全位移峰峰值49.70mm　（注意半位移和全位移的倍數(shù)）

一般振動(dòng)臺(tái)的全位移峰峰值有51mm、76mm、100mm，為了安全起見可以選76mm的設(shè)備。（請(qǐng)?jiān)儆?jì)算一下速度的峰值。）

注意：

① 控制儀輸入f、A、D、V中的兩個(gè)參數(shù)，會(huì)自動(dòng)得出另外兩個(gè)參數(shù)。

②掃頻試驗(yàn)的時(shí)候取最大值。

③正弦試驗(yàn)一般各個(gè)參數(shù)小于試驗(yàn)機(jī)的規(guī)格值即可，一般安全系數(shù)1.2~1.3。

④以上計(jì)算都假定沒(méi)有夾具和試驗(yàn)體的共振影響。

2．隨機(jī)試驗(yàn)的場(chǎng)合

加振力

試驗(yàn)加振力rms≦隨機(jī)額定rms

（必要時(shí)需要試驗(yàn)PSD的等價(jià)頻幅修正）

速度

3試驗(yàn)速度rms≦正弦波額定速度峰值

位移

3.5試驗(yàn)位移rms≦正弦波額定位移峰值

加速度rms、速度rms、位移rms值的計(jì)算比較復(fù)雜，可以通過(guò)振動(dòng)控制儀輸入PSD值之后，自動(dòng)得出數(shù)據(jù)。

3.沖擊試驗(yàn)的場(chǎng)合

加振力

F= ∑mA≦2倍最大正弦加振力（半正弦波沖擊）

∑m：總質(zhì)量（動(dòng)圈質(zhì)量+夾具質(zhì)量+ 試驗(yàn)體質(zhì)量）

速度≦正弦波額定速度峰值

位移≦正弦波額定位移峰值

速度、位移峰值的計(jì)算比較復(fù)雜，可以通過(guò)振動(dòng)控制儀輸入沖擊脈寬和加速度之后，自動(dòng)得出數(shù)據(jù)。規(guī)格標(biāo)準(zhǔn)不同，數(shù)值結(jié)果不同。

IEC標(biāo)準(zhǔn)

MIL標(biāo)準(zhǔn)

試驗(yàn)體的尺寸、質(zhì)量、形狀、固定方式

① 試驗(yàn)體直接固定動(dòng)圈或垂直擴(kuò)張臺(tái)（垂直方向），水平滑臺(tái)（水平方向），還是先固定在夾具上再固定在臺(tái)面上？

② 試驗(yàn)體尺寸有沒(méi)有超出臺(tái)面，有沒(méi)有碰到其他地方（三綜合恒溫恒濕箱內(nèi)壁等）？

③ 各重心（G1、G2、G3）是否都在一直線上，重心是不是偏高？振動(dòng)臺(tái)臺(tái)面的抗傾覆力矩是否在允許條件下？

④ 固定螺栓全部固定好了？固定后是否會(huì)在振動(dòng)時(shí)候倒下來(lái)？

⑤ 夾具是不是要提前準(zhǔn)備？

⑥ 夾具共振點(diǎn)是多少？是不是在試驗(yàn)頻率范圍內(nèi)？

⑦　etc.。

各種夾具的確認(rèn)

試驗(yàn)體固定在夾具上的位置和尺寸、夾具的共振點(diǎn)、

夾具固定在振動(dòng)臺(tái)面上的間隔（ □100mm,φ50mm,φ100mm ），螺釘大?。?/span> M6,M8,M10,M12等）和固定深度,公制（mm）還是英制（in.）？

要設(shè)計(jì)制造出一個(gè)完美的振動(dòng)試驗(yàn)夾具，嚴(yán)格的來(lái)說(shuō)，幾乎是不可能的工作。每個(gè)試驗(yàn)只有最適合的夾具，沒(méi)有最完美的夾具?；旧厦總€(gè)振動(dòng)試驗(yàn)室都需要一個(gè)夾具保管室，里面羅列著形形色色的試驗(yàn)夾具。下面介紹一些常見的試驗(yàn)夾具。

垂直擴(kuò)張臺(tái)面（Vertical Table）

水平滑臺(tái)（Slip Table）

其他夾具

總結(jié)

一次振動(dòng)試驗(yàn)的順利完成需要考慮的要素很多，以上只是列舉了一些基本要素。此外還涉及到振動(dòng)控制儀的設(shè)置、控制點(diǎn)的位置、避免夾具的共振點(diǎn)、加速度傳感器的固定方式、試驗(yàn)體的m（質(zhì)量）k（彈性系數(shù)）c（阻尼）、振動(dòng)臺(tái)的能力（動(dòng)圈特性、功放性能等）等等要素?？傊?，記住一句話“振動(dòng)的水很深！”，只能在工作和學(xué)習(xí)中不斷地慢慢積累。

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